原子力显微镜

维基百科，自由的百科全书

原子力显微镜（atomic force microscope，简称AFM）利用原子之间的范德华力作用来呈现样品的表面特性。利用微悬臂间接地感受和放大原子之间的作用力，从而达到检测的目的。具有原子级的分辨率。由于原子力显微镜既可以观察导体，也可以观察非导体，从而弥补了扫描隧道显微镜的不足。 原子力显微镜(Atomic Force Microscopy, AFM)是由IBM 公司的Binnig与史丹佛大学的Quate 于一九八五年所发明的，其目的是为了使非导体也可以采用扫描探针显微镜（SPM）进行观测。原子力显微镜（AFM）与扫描隧道显微镜（STM）最大的差别在于并非利用电子隧道效应，而是利用原子之间的范德华力（Van Der Waals Force）作用来呈现样品的表面特性。

[编辑] 工作原理

AFM的关键组成部分是一个头上带有一个用来扫描样品表面的尖细探针的微观悬臂。这种悬臂通常由硅或者氮化硅构成，探头的曲度在纳米量级。当探头被放置到样品表面附近的地方时，悬臂会因为探头和表面的引力遵从胡克定律而弯曲偏移。在不同的情况下，这种被AFM测量到的力可能是机械接触力、范德华力、毛吸力、化学键、电力、磁力（见磁力显微镜）喀希米尔效应力、溶剂力等等。通常，偏移会由射在激光束微悬臂上的激光束反射至光敏二极管阵列而测量到。其他方法还包括光学干涉法、电容法和压阻效应法。这些探头通常由采用压阻效应的变形测量器而制得。通过惠斯通电桥，探头的形变何以被测得，不过这种方法没有激光反射法或干涉法灵敏。

当在恒定高度扫描时，探头很有可能撞到表面的造成损伤。所以通常会通过反馈系统来维持探头与样品片表面的高度恒定。传统上，样品被放在压电管上并可以在z方向上移动以保持与探头之间的恒定距离，在x、y方向上移动来实现扫描。或者采用一种“三脚架”技术，在三个方向上实现扫描。扫描的结果S(x,y)就是样品的表面图。

AFM可以在不同模式下运行。这些模式可以被分为静止（也可被称为接触）模式和多种运动模式。

[编辑] 优点与缺点

相对于扫描电子显微镜，原子力显微镜具有许多优点。不同于电子显微镜只能提供二维图像，AFM提供真正的三维表面图。同时，AFM不需要对样品的任何特殊处理，如镀铜或碳，这种处理对样品会操成不可逆转的伤害。第三，电子显微镜需要运行在高真空条件下，原子力显微镜在常压下甚至在液体环境下都可以良好工作。这样可以用来研究生物宏观分子，甚至活的生物组织。

和扫描电子显微镜(SEM)相比，AFM的缺点在于成像范围太小,速度慢，受探头的影响太大。